(57)【要約】【課題】本発明は、強誘電体層と多孔質発光体層を併用することにより、発光電圧の低減化を図り、発光効率に優れ低消費電力で、かつ大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子と発光素子アレイからなる表示装置を提供する。【解決手段】管状体(5)、誘電体層(10)、多孔質発光体層(2)及び複数の電極(6,7,8)を含み、多孔質発光体層(2)が管状体(5)の内部に配備され、管状体(5)に近接して設けた誘電体層(10)と、管状体(5)の内部に封入した気体層及び管状体(5)に近接して複数の電極(6,7)を配備した発光素子(1)とする。また本発明の表示装置は、前記の発光素子を複数配列した表示パネルを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状体、誘電体層、多孔質発光体層、及び複数の電極を含む発光素子であって、
前記多孔質発光体層は前記管状体の内部に配置され、
前記誘電体層は管状体に近接して配置され、
前記管状体の内部には気体を封入した気体層を備え、
前記複数の電極は管状体に近接して配置されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記複数の電極のうち、少なくとも１つの電極は管状体の内部に配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記複数の電極のうち、少なくとも１つの電極は誘電体層で被覆されて管状体の内部に配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記複数の電極のうち、少なくとも１つの電極は誘電体層多孔質と発光体層によりこの順番に被覆されて、管状体の内部に配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記多孔質発光体層は管状体の内壁に形成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記誘電体層は管状体の内壁に形成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記誘電体層は前記管状体の外壁に配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記管状体の内部に前記管状体の内壁に近い方から誘電体層と多孔質発光体層がこの順番に配置されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記誘電体層を構成する誘電体の比誘電率は１００以上である請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記管状体はガラス管又は透光性セラミックである請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記多孔質発光層で沿面放電を発生させ、前記多孔質発光体層を構成する蛍光体粒子の発光中心を励起させて発光させる請求項１に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記複数の電極のうち、一対の電極に交番電圧を印加することにより、気体層の放電で一次電子を発生させ、前記一次電子で多孔質発光体層を照射して発光させる請求項１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記多孔質発光体層で沿面放電による電子増倍を生じさせる請求項１に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記気体層の気体が希ガス、大気、酸素、窒素又はその混合物である請求項１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記多孔質発光体層が少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）を発光する請求項１に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記多孔質発光体層は、前記多孔質発光体層につながる連続する細孔と前記細孔に充填されている気体と蛍光体粒子により構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記多孔質発光体層は、蛍光体粒子の表面が絶縁層で被覆されている前記蛍光体粒子と空隙で構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記蛍光体粒子の平均粒径と前記蛍光体粒子の表面に形成された絶縁層の厚さの関係は、前者１に対して後者が１／１０〜１／５００の範囲にある請求項１７に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記多孔質発光体層は、前記多孔質発光体層につながる連続する細孔と前記細孔に充填されている気体、蛍光体粒子及び誘電体粒子により構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記多孔質発光体層は、前記多孔質発光体層につながる連続する細孔と前記細孔に充填されている気体、蛍光体粒子、誘電体粒子及び絶縁性繊維により構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記多孔質発光体層の密度は、理論密度の５０〜９０％の範囲にある請求項１に記載の発光素子。
【請求項２２】
管状体の内壁に誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が管状体の内部に気体層とともに封入されてなる発光素子。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれかに記載の発光素子を複数配列した表示パネルを備えていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子に関するものである。管状体、誘電体層、多孔質発光体層、複数の電極を含む発光素子であって、構成が簡単で製造が容易であり、発光効率が良好であり、低消費電力であり、かつ大型ディスプレイ用として好適である発光素子と発光素子アレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型のフラットディスプレイとして液晶ディスプレイやプラズマディスプレイが広く使用されるようになってきているが、さらに高画質、高効率であるディスプレイを追求する開発が進められている。最近では表示画面が比較的大きく、かつ画面を彎曲させた状態にできるものが提案されている。このような表示装置として特許文献１には複数の細長いガス放電管を並列に配置して任意の画像を表示するものが開示されおり、並べて配置されたガス放電管の長手方向の断面構造を図１８に示す。５１はガス放電管、５２は表示電極対、５３は信号電極、５４は蛍光体層、５６は蛍光体層用プレート、７１は前面側（視覚側）の基板７２は背面側の基板７３はスペーサー、２ｃは接続端子である。表示電極対２と信号電極３に電圧を印加することによって管内部の放電ガスに放電を発生させることにより、蛍光体層を発光させることが可能になる。
【０００３】
また、特許文献２については、図１９に示すように、放電ガスを封入した発光管が提供され、発光管内壁側から酸化アルミニウム層と酸化マグネシウム層とを備えることを特徴とする発光管が開示されている。酸化マグネシウム層は発光管を放電から保護し、その表面から電子を放出し易くし、放電開始電圧を低下させることが記述されている。
【０００４】
さらに、下記特許文献３には蛍光体層を有するカラー表示装置が開示されており、図２０にその部分拡大図を示すようにガラス基板５１の上にはＸ電極５２及び誘電体層５３が配置され、もう１つのガラス基板５６にはＹ電極５５が配置されＹ電極５５の上に蛍光体層５４を全面的に形成した後その上を誘電体層５３で覆ってガス放電空間５９に接して対向させたものである。
【特許文献１】特開２００３−８６１４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４００６号公報
【特許文献３】特開昭４８−４５１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の放電ガスを管状体に封入した発光管では複数の電極が管状体の外壁の上に当接して設けられているため、高電圧の印加が必要であることから比較的低電圧で高効率の発光を得ることが望まれていた。また、従来の発光管や発光素子では放電エネルギーが一旦紫外線エネルギーに変換され、紫外線が蛍光体の発光中心を励起することによって発光させるため、発光効率を高くすることが困難であり、大きい画面のディスプレイを作製したとき消費電力が大きくなるといった問題があり、大型ディスプレイ用として好適である管状体からなる発光素子とそれらを複数配列した発光素子アレイの開発が要請されていた。
【０００６】
本発明は、強誘電体層と多孔質発光体層を併用することにより、発光電圧の低減化を図り、発光効率が高く低消費電力で、かつ大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子と発光素子アレイからなる表示装置を提供する。
【０００７】
また、本発明の発光素子は管状体に交番電界を印加して気体層で放電させ、その結果生じた一次電子で素早く多孔質発光体層を照射し、多孔質構造の発光体層で沿面放電を容易に発生させることにより、蛍光体粒子が発光し、発光効率が良好な管状体発光素子と発光素子のアレイで構成された表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光素子は、管状体、誘電体層、多孔質発光体層、及び複数の電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記管状体の内部に配置され、前記誘電体層は管状体に近接して配置され、前記管状体の内部には気体を封入した気体層を備え、前記複数の電極は管状体に近接して配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の発光素子は、管状体の内壁に誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が管状体の内部に気体層とともに封入されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の表示装置は、前記の発光素子を複数配列した表示パネルを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、管状体に近接させて強誘電体層を配備しているため、表示電極に電圧を印加していくと、比較的低電圧で管状体の内部に存在する気体層の絶縁破壊による放電の結果、一次電子が発生する。電子は強誘電体層の方向に引っ張られながら進み、多孔質発光体層を照射する。電子は多孔質発光体層に速やかに注入され、多孔質発光体層で沿面放電（電子雪崩）が発生し電子増倍を引き起こす。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。
【００１２】
従来の発光素子では放電エネルギーが一旦紫外線エネルギーに変換され、紫外線が蛍光体の発光中心を励起することによって発光させるタイプであることから発光効率を高くすることが困難であったのに対して、本発明の発光素子では発生した一次電子で多孔質発光体を直接照射するため、発光効率が高く、低消費電力の大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子とその複数を配列した発光素子アレイで構成される表示装置を提供することができる。
【００１３】
また、従来の放電ガスを管状体に封入した発光管では複数の電極がいずれも管状体の外壁の上に当接して設けられているため、高電圧の印加が必要であったが、本発明では複数の電極を管状体に配備するにあたり、それらの電極の１つ又は２つを管状体の内部に気体層とともに封入して気体層の放電を誘発し易くする。
【００１４】
上述のようにして、比較的低電圧で高効率の発光が得られる発光素子と発光素子のアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の発光素子は管状体、誘電体層、多孔質発光体層、複数の電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層が前記管状体の内部に配備された前記管状体、前記管状体に近接して設けた強誘電体層、前記管状体の内部に封入した気体層及び前記管状体に近接して複数の前記電極を配備している。
【００１６】
一例を挙げると、本発明の発光素子は次のような管状体の発光素子を含むものである。
i）管状体の内壁に誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成し、表示電極として一対の
電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が管状体の内部に気体層とともに封入されている。
ii）管状体の内壁に多孔質発光体層を形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が誘電体層で被覆されて前記管状体の内部に気体層とともに封入されている。
iii）管状体の内壁に誘電体層を形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が多孔質発光体層で被覆されて気体層とともに管状体の内部に封入されている。
iv）管状体の内部に気体層を封入し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が誘電体層と多孔質発光体層によりこの順に被覆されて管状体の内部に前記気体層とともに封入されている。
v）管状体の内壁に誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成し、気体を前記管状体の内部に封入し、一対の表示電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、アドレス電極が前記管状体の長手方向に前記管状体の外壁に接して形成されるとともに前記表示電極に対向して配置されている。
vi）管状体の内壁に多孔質発光体層を形成し、気体層を前記管状体の内部に封入し、一対の表示電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、アドレス電極が前記管状体の長手方向に前記管状体の外壁に接して前記表示電極に対向して形成され、前記アドレス電極が形成された箇所に誘電体層を当接させている。
vii）管状体の内壁に多孔質発光体層を形成し、アドレス電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなる一対の表示電極が誘電体層で被覆されて前記管状体の内部に気体層とともに封入されている。
【００１７】
以上が代表的な例であるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００１８】
上記のように構成することにより、表示電極対に電圧を印加していくと、管状体の内部に存在する気体層の絶縁破壊による放電で一次電子が発生する。電子は強誘電体層の方向に牽引されながら進み、多孔質発光体層を照射する。多孔質発光体層に到達した電子は発光体層に円滑に素早く注入され、その結果多孔質発光体層で沿面放電が発生し、電子増倍を引き起こす。その際、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。上述のように、本発明の発光素子では発生した一次電子による多孔質発光体を直接照射するものであり、そのため発光効率が高く低消費電力で大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子を提供することができる。
【００１９】
また、本発明では複数の電極を管状体に配備するにあたり、それらの電極の１つ又は２つを管状体の内部に気体層とともに封入し、放電を誘発させることにより、低消費電力で高効率の発光が得られる管状体発光素子とこれらを規則的に配列してなる発光素子のアレイを提供することができる。
【００２０】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態は、管状体の内壁に誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が管状体の内部に気体層とともに封入されてなる発光素子について説明する。
【００２２】
図１は本実施の形態における発光素子アレイの斜視図、図２は本実施の形態における管状体からなる発光素子単体の長手方向に直交する断面図、図３は本実施の形態における管状体に内蔵するガラス支持部材の斜視図、図４は本実施の形態における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図、図５は本実施の形態におけるアドレス電極に印加される電圧を示す図、図６と図７は本実施の形態におけるアドレス電極に印加される電圧と一次電子の経路を示す模式図である。
【００２３】
これらの図において１は発光素子、２は多孔質発光体層、３は蛍光体粒子、４は絶縁層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極、１０は強誘電体層、１５はガラス支持部材、１１は透光性基板及び２１は発光素子アレイである。
【００２４】
本発明における管状体は透明又は半透明のガラスの細管又はチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）のような透光性に優れたセラミック細管などがいずれも使用に供することが可能であり、そのサイズは任意でよいが、管径０．７〜７．０ｍｍ、肉厚５０〜１５０μｍ及び長さ１００〜１５００ｍｍの範囲のものが使用に適している。管状体５の断面は円形でも楕円形であってもよい。本実施の形態においては管径１．２ｍｍ、肉厚７０μｍ及び長さ３００ｍｍのガラス管を用いた。
【００２５】
本実施の形態の発光素子１は上述の管状体５の内壁に強誘電体層１０と多孔質発光体層２を形成し、アドレス電極８を管状体の内部に気体とともに封入して管状体５の両端を封止して発光素子単体としたものであり、上記の説明の概要は、図１の発光素子の複数を配列した発光素子アレイの分解斜視図と図２の発光素子単体の長手方向に直交する断面図によってそれぞれ示される。
【００２６】
本実施の形態においては、強誘電体層１０と多孔質発光体層２をこの順に管状体の内壁に形成するために図３に示すような長手方向の断面がほぼ半円形状を有する細長いボート状のガラス支持部材１５を使用して、これの凹部に強誘電体層１０と多孔質発光体層２を表面に形成してからガラス支持部材１５を管状体の内部へ挿入し、管状体と一緒に溶融して管状体の両端を封じるとその内壁に強誘電体層１０と多孔質発光体層２が形成される。その際、管状体５において、ボート状のガラス支持部材１５が配置されていない部分を視覚側つまり観察面にすれば、そこから明るい発光が得られることになり好都合である。
【００２７】
また、上述のようにガラス支持部材は溶融して管状体に固着させてもよいが、低融点ガラスのペーストをガラス支持部材と管状体の間に介在させて加熱して固着させることも可能である。管状体の両端を封止するに当たり、希ガス等の気体を導入するとともにアドレス電極としてＷ線を挿入して封じると、図２に示す断面を有する本実施の形態の発光素子が得られる。なお、図２は後述するように発光素子を２枚の透光性基板（図示せず）で観察面とその反対側の背面から挟持した場合を示していて、観察面側の基板には一対の表示電極６、７が予め形成されたものを用いている。
【００２８】
本実施の形態における管状体からなる発光素子の製造方法の概略は、上記の通りであるが、もう少し詳細に管状体の内壁に強誘電体層と多孔質発光体層を形成する方法について説明する。
【００２９】
強誘電体層１０を管状体５の内壁に形成する具体的方法は次のようにして行う。先ず、ＢａＴｉＯ3粉末４０ｗｔ％に対してガラス粉末１５ｗｔ％を混合した粉体にα−テルピネオール４０ｗｔ％、エチルセルロース５ｗｔ％を混練したペーストを調製し、これをガラス支持部材１５に塗布してから乾燥し、大気中において４００〜６００℃で熱処理することにより、３〜３００μｍの厚さの強誘電体層１０をガラス支持部材１５の上に形成する。なかでも、２５〜２５０μｍの範囲の厚さが好ましい。
【００３０】
本実施の形態では強誘電体としてＢａＴｉＯ3を用いたが、ＳｒＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＭｇＴｉＯ3，ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3），ＰｂＴｉＯ3，などの強誘電体を用いても同様の効果が得られる。比誘電率の値としては１００以上の範囲のものが好ましい。
【００３１】
また、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2などの比誘電率が小さい誘電体を用いる場合には効果が非常に小さくなり、比誘電率が大きい上述の誘電体に比べて発光度が弱くなった。なお、上記の強誘電体層はスパッタ、ＣＶＤ、蒸着、ゾル・ゲル等の薄膜形成プロセスで形成してもよい。
【００３２】
次に、上述のようにガラス支持部材１５に形成された強誘電体層１０の上に多孔質発光体層２を形成するには強誘電体層１０の形成の方法に準じて実施することができる。先ず、蛍光体粒子３を含有するペーストを次の要領で調製する。
【００３３】
ＭｇＯ等の金属酸化物からなる絶縁層４で表面を被覆した蛍光体粒子３を準備する。蛍光体粒子３の代表的なものとして、平均粒径が２〜３μｍのＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+（青）、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ2+（緑）、ＹＢＯ3：Ｅｕ3+（赤）等の周知の無機化合物を用いることが可能である。その表面にＭｇＯからなる絶縁層４を形成する方法はいずれの蛍光体粒子についても共通であり、具体的にはＭｇプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子３を加えて長時間にわたって撹拌してから蛍光体粒子を取り出して乾燥後、大気中において４００〜６００℃で熱処理することにより、ＭｇＯの均一なコーティング層、すなわち絶縁層４を蛍光体粒子３の表面に形成した。
【００３４】
本実施の形態においては蛍光体粒子３の表面をＭｇＯからなる絶縁層４で被覆したものを使用したが、これはＭｇＯの抵抗率が高く（１０9Ω・ｃｍ以上）、被覆された表面で沿面放電を効率よく発生させることができるからである。
【００３５】
他方、絶縁層の抵抗率が低い場合には沿面放電が発生し難く、ときには短絡するおそれがあるため好ましくない。このような理由から蛍光体粒子は抵抗率が高い絶縁性金属酸化物で被覆することが望ましい。使用する蛍光体粒子自体の抵抗率が高い場合には絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生するが、絶縁性金属酸化物で被覆する方がより好ましい。その理由はＭｇＯ絶縁性金属酸化物の標準生成自由エネルギーΔＧf0は非常に小さく（例えば、室温で−１００kcal/mol以下）安定な物質である。また、ＭｇＯ絶縁層は抵抗率が高く、還元され難い物質であるため、電子による蛍光体粒子の還元や劣化を抑制する保護膜としても優れていて、その結果蛍光体の耐久性も高くなり好都合である。
【００３６】
絶縁性金属酸化物層としては、上記のＭｇＯ以外に、Ｙ2Ｏ3，Ｌｉ2Ｏ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＺｒＯ2から選択された少なくとも１つを用いることができる。
【００３７】
絶縁層の厚さは本実施の形態では０．１〜２．０μm程度としたが、これは蛍光体粒子の平均粒径や沿面放電を効率よく発生させることを考慮して決定される。蛍光体の平均粒径がサブミクロンオーダーになると、比較的薄く被覆する方がよい。絶縁層が厚くなると発光スペクトルのシフト、輝度低下等が発生するため好ましくない。逆に、絶縁層が薄くなると沿面放電がやや発生し難くなることが推定される。したがって、蛍光体粒子の平均粒径と絶縁層の厚さの関係は前者１に対して後者が１／１０〜１／５００の範囲にあることが望ましい。
【００３８】
また、絶縁層の形成には上述のゾル・ゲル法以外に化学吸着法や、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法、レーザ法、剪断応力法などを用いる物理吸着法によって行うことも可能である。絶縁層は均質、均一であって剥離しないことが望ましく、絶縁層を形成する際には蛍光体の粒子を酢酸、シュウ酸、クエン酸などの弱酸溶液に浸漬し、表面に付着している不純物を洗浄する。
【００３９】
さらに、絶縁層を形成する前に蛍光体の粒子を窒素雰囲気中で２００〜５００℃、１〜５時間程度前処理することが望ましい。通常の蛍光体粒子は吸着水や結晶水を多量に含んでおり、このような状態で絶縁層を形成すると輝度低下や発光スペクトルのシフト等の寿命特性に好ましくない影響を及ぼすことになるからである。蛍光体の粒子を弱酸性溶液で洗浄する場合にはその後によく水洗してから上記の前処理を行う。
【００４０】
本実施の形態においては、既述したガラス支持部材に形成された強誘電体層の上に多孔質発光体層を形成する。
【００４１】
先ず、絶縁層を表面に形成した蛍光体粒子を用いてペーストを作製する。具体的には蛍光体粒子５０ｗｔ％に対してα−テルピネオール４５ｗｔ％、エチルセルロース５ｗｔ％を混練して調製し、それぞれの蛍光体毎にペーストを準備する。
【００４２】
上記の蛍光体粒子を含有するペーストを強誘電体層が形成された面のガラス支持部材に塗布して、Ｎ2雰囲気中において、４００〜６００℃で２〜５時間にわたって熱処理することにより、３〜３００μｍの厚さの多孔質発光体層２を形成した。なお、多孔質発光体層の厚さは上記の範囲に亘って使用できるが、特に２５〜２５０μｍの範囲が好適である。
【００４３】
また、前記ペーストは蛍光体粒子に有機バンダーや有機溶剤を加えて調製したが、蛍光体粒子にコロイダルシリカ水溶液を加えたペーストを用いても同様に実施することができる。
【００４４】
なお、多孔質発光体層を形成する熱処理工程で留意すべきことは、熱処理温度と雰囲気である。本実施の形態では窒素雰囲気中で４５０〜６００℃の温度範囲で熱処理を施しているため、蛍光体にドープされた希土類原子の価数に変化がなかった。しかし、上記の温度範囲より高温で処理するときには希土類原子の価数が変化することや絶縁層と蛍光体からなる固溶体が発生する可能性があり注意が必要である。さらに、熱処理温度の上昇と共に多孔質発光体層の焼結密度が大きくなることにも注意が必要であり、最適の熱処理温度としては４５０〜６００℃の範囲が好ましい。熱処理雰囲気については、蛍光体粒子にドープされている希土類原子の価数に影響を及ぼさないようにするために窒素雰囲気が好ましい。
【００４５】
上述のように、強誘電体層１０と多孔質発光体層２が形成されたガラス支持部材を管状体５の内部へ挿入してガラス支持部材１５と管状体５を溶融して固着するか、又は低融点ガラスを接着剤として介在させて加熱して固着すればよい。こうすることにより、内壁に強誘電体層１０と多孔質発光体層２が形成された管状体５が作製できる。
【００４６】
図４は本実施の形態における多孔質発光体層２の断面を拡大した模式図であり、ＭｇＯからなる絶縁層４で均一に被覆された蛍光体粒子３が熱処理を施された結果、それぞれの粒子は互いに接触した状態で多孔質発光体層２を形成した状態を示している。本実施の形態においては一次電子が図４に示す多孔質発光体層に注入されると、多孔質構造のため発光体層で沿面放電が容易に発生し電子増倍を生じ、その結果蛍光体粒子の発光中心が励起されて多孔質発光層が効率よく発光する。
【００４７】
上述したように、本実施の形態においては電子照射に基づく発光であるため、発光効率に優れ、高輝度化が達成できる。このことは発光素子の駆動電圧の低減に寄与することになる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては発光素子の製造に際して、熱処理温度が比較的低く設定されているため、多孔質発光体層の気孔率は大きくなり、その焼結密度は理論密度の５０〜９０％の範囲にある。気孔率が非常に大きくなり、焼結密度が理論密度で上記の範囲より小さくなると、発光効率が発光体層内部での気体放電の結果、低下することになり好ましくない。逆に、気孔率が１０％以下の場合、すなわち焼結密度が理論密度で９０％より大きくなると、発光体層の内部での沿面放電の発生が阻害される結果、この場合も発光効率が低下する。因みに、焼結密度が理論密度の５０〜９０％の範囲においては図４に示すように、蛍光体粒子が三次元的に隣り合うように互いに点接触している状態に近いものと推定される。
【００４９】
本実施の形態の発光素子は管状体の内部の多孔質発光体層に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかの発光が得られるように作製され、これらの発光素子を表示装置で使用する際には管状体発光素子を規則的に順に並べてアレイを構成したものが通常用いられる。また、白色発光が得られる発光素子を用いる場合にはカラーフィルターで色の分離を行うことにより、所望の発光色が得られるようにすることも可能である。
【００５０】
本実施の形態においては上述のようにガラス支持部材を使用してその上に強誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成してから支持部材を管状体の内壁に固着させることにより、管状体の内壁に強誘電体層と多孔質発光体層を形成する方法を採用しているが、上記の支持部材を使用せずに強誘電体や蛍光体粒子を含有する溶液を調製して管状体の内壁へ直接塗布する方法を用いてもよい。
【００５１】
その際、前記の溶液を管状体の内壁の全面に塗布して熱処理することにより強誘電体層と多孔質発光体層を形成してもよいが、視覚側になる観察面を除いて塗布する方がそこから明るい発光が得られるので好ましい。
【００５２】
次に、本実施の形態における電極について説明する。既述したように導線、すなわちＷ線を管状体に封入し、これをアドレス電極として使用する。一対の表示電極については管状体の外壁に接して形成する。発光素子単体を複数配列してアレイを構成してこれを表示装置に適用する場合、図1に示すように発光素子アレイを２枚の透光性基板１１で挟持し、観察面の透光性基板にＩＴＯからなる表示電極が規則的に形成されたものを使用すると、わざわざ発光素子の長手方向に直交させた表示電極の複数対を発光素子自体に形成しなくても済むので好都合である。
【００５３】
図２は発光素子が２枚の透光性基板で挟持された際の発光素子単体の長手方向に直交する断面を示していて、一対の表示電極とアドレス電極の配置は図示のようになる。図において透光性基板は図示していない。なお、本実施の形態においては観察面と背面ともに透光性基板を使用しているが、特に背面の基板は透光性がなくても差し支えない。
【００５４】
なお、表示電極を形成した透光性基板で発光素子を挟持せずに、発光素子に直接表示電極を形成する場合には、管状体の外壁に電極を蒸着、印刷又は塗布して形成してもよい。その際、発光素子を複数配列してアレイを構成した場合にそれぞれの発光素子の表示電極同士が互いに接触するように配慮して形成しておけばよい。
【００５５】
図１と図２において、表示電極とアドレス電極の交差部が単位発光領域であり、一対の表示電極に交番電圧が印加されると、表示電極の近傍の管状体内部で放電する。
【００５６】
上述の透光性基板に設ける電極の材料はインジウム―錫酸化物合金（ＩＴＯ）、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム等がいずれも使用される。本実施の形態では表示電極を観察面に形成したためＩＴＯを用いた。また、ＩＴＯの代わりに微細なメッシュ状の銅配線が形成された透光性基板も使用できる。銅はＩＴＯに比較して、低抵抗であるため電極材料としては好適であり、しかも開口率（銅の配線が施されていない部分の全体に対する割合）は約９０％であり、光の透過がＩＴＯ膜を有する透光性基板に比較してほとんど遜色がない。銅に代替する配線金属としては金やアルミニウムを使用することも可能である。
【００５７】
また、本実施の形態の導線からなるアドレス電極にはＷ線を用いて管状体の内部に封止したが、Ｗ以外にＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ａｕの金属線も使用に供することができる。線径は１０μｍから管状体の管径の約１／２の範囲ものが使用できる。その際、Ｗ線等は線両端の管状体に封止する部分だけに使用し、線の中央部は銅、ニッケルなどの金属線が溶接されていてもよい。本実施の形態においては約１５０μｍのＷ線を使用した。
【００５８】
次に、本実施の形態における発光素子に封入する気体は希ガス、酸素、窒素、等が単独又は適宜に混合して使用することができる。本実施の形態においては約５ｖｏｌ％のＸｅを含有するＮｅガスを封入した発光素子１を用いた。その際のガス圧は約５．３３×１０4Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）とした。
【００５９】
発光素子を駆動するために、一対の表示電極に交番電界が印加されると、電圧の上昇とともに気体の絶縁破壊電圧に達し放電する。一次電子が管状体の内部の表示電極の近傍で発生する。放出された電子は強誘電体層の方向へ引っ張られ、強誘電体層に接して配設された多孔質発光体層が照射され、電子は速やかに発光体層に注入される。多孔質発光体層では多孔質構造のせいで沿面放電（電子雪崩）が容易に発生し、電子増倍を招くようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。
【００６０】
管状体の内部に設けられたアドレス電極はそれに印加された電圧で多孔質発光体層での発光の程度を調整することができる。すなわち、アドレス電極（対極は接地）に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。
【００６１】
このように本実施の形態においてはアドレス電極を管状体の内部に配備することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。なお、アドレス電極に印加する電圧については後述する。
【００６２】
また、一対の表示電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
【００６３】
本実施の形態においては管状体からなる発光素子の複数を配列させて発光素子アレイを構成すると、２次元の映像を表示することができる。このような発光素子アレイでは所謂単純マトリックス駆動が可能であり、表示電極に順次パルス信号を送り、そのタイミングに合わせてアドレス電極にＯＮ／ＯＦＦ情報を入れることにより、表示電極とアドレス電極の交差する箇所の単位画素をＯＮ／ＯＦＦに応じて発光させて１ラインを表示する。走査パルスを順次切り替えることにより、２次元の像が表示できる。
【００６４】
また、マトリックス状に配置された画素の１つ１つにトランジスタを置き、それぞれの画素をＯＮ／ＯＦＦすることによりアクティブ駆動も可能になる。
【００６５】
本実施の形態の発光素子では実際の駆動に際して、一対の表示電極に０．６３ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層を発光させて、その後０．４５ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
【００６６】
本実施の形態ではアドレス電極が管状体に内蔵されていることに特徴があり、そのため放電が誘発され易くなり、このことは発光素子の駆動電圧の低減に寄与している。
【００６７】
また、図２に示すように本実施の形態においては管状体の内壁に強誘電体層を具備しているが、比較のために強誘電体層がない場合には表示電極に０．８４ｋＶの交番電界を印加する必要があり、その後０．５９ｋＶの電界を継続して印加する必要があった。したがって、本実施の形態のように強誘電体層を管状体の内壁に形成すると駆動電圧の低減に寄与することになり、発光効率に優れた低消費電力の管状体発光素子が得られる。
【００６８】
本実施の形態のアドレス電極（対極は接地）に図５に示すような矩形波電圧を印加する場合、０．４５ｋＶの正電圧が印加されるａｂ間では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化するｂｃ間では発光の程度は急激に抑制され、−０．４５ｋＶの負電圧が印加されるｃｄ間ではほとんど発光しなくなった。
【００６９】
この状況を図６と図７を参照しながら説明する。図６はアドレス電極８に正電圧が印加された場合における一次電子の経路を示す模式図、図７はアドレス電極に負電圧が印加された場合における一次電子の経路を示す模式図である。一対の表示電極に交番電圧を印加すると気体の絶縁破壊電圧で放電し、一次電子が表示電極の近傍で放出される。電子は強誘電体層の方向に進むが、アドレス電極に印加される電圧により多孔質発光体層を照射する事情は著しく異なってくる。
【００７０】
すなわち、強誘電体層が存在し、かつアドレス電極に正電圧が印加される場合、これは図５のａｂ間の状態に対応し、一次電子は図６に示すように強誘電体層とアドレス電極の方向へ強く牽引されながら進む。逆に、アドレス電極に負電圧が印加される場合には図５のｃｄ間の状態に対応し、一次電子は強誘電体層の方へ進もうとするが、アドレス電極に印加された負電圧で反発されて、図７に示すように電子はアドレス電極から遠ざかるような挙動を示す。その結果、前者においては電子が多孔質発光体層へ効率よく速やかに注入されるため発光の程度は著しく増強されるが、他方後者の場合には発光体層への電子の注入が格段に抑制されるため発光しなくなる。このようしてアドレス電極に印加される電圧で発光素子の発光の程度が調整できる。
【００７１】
なお、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極が管状体の内部に封入されているが、アドレス電極を管状体の外壁に設けた場合には、発光の程度を調整するためには後述するように比較的高電圧の印加が必要であった。したがって、本実施の形態のようにアドレス電極を管状体に封入する方が駆動電圧を低減でき、発光効率に優れ低消費電力の管状体発光素子を作製できる。
【００７２】
一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【００７３】
また、本実施の形態の発光素子は減圧された希ガスのみならず、酸素、窒素、空気又はその混合物中でも印加電圧に多少の差異はあるが、ほぼ同様の傾向で駆動させて発光することを確認した。
【００７４】
なお、本実施の形態においては一対の表示電極と１つのアドレス電極を用いたが、一対の表示電極を合わせて1つにして、表示電極とアドレス電極をそれぞれ１つずつ用いた構成になる発光素子を作製することもできる。その際には表示電極とアドレス電極の間で対向放電が発生する構造になる。
【００７５】
上述のように本実施形態の発光素子は、一対の表示電極に電圧を印加していくと、管状体内部の気体層の絶縁破壊による放電で一次電子が発生する。電子は強誘電体層の方向に牽引されるが、その際アドレス電極に正又は負電界を印加することにより電子の経路を制御することができる。すなわち、アドレス電極に正電圧を印加しておくと、電子はアドレス電極により一層引っ張れるので、多孔質発光体層は電子ですばやく的確に照射されることになる。電子は多孔質発光体層に円滑に注入され、多孔質発光体層で沿面放電が発生し、電子増倍を引き起こす。このようにアドレス電極を管状体の内部に封入することで、電極を管状体の外壁に設けるより比較的低電圧の印加により、多孔質発光体の内部で沿面放電を発生させることができる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。
【００７６】
上述のように、強誘電体層を用いたこととアドレス電極の管状体への封入したことで駆動電圧を低減し、低消費電力で高効率の発光が得られる発光素子と発光素子のアレイを提供することができる。従来の紫外線による発光素子と比較すると、低消費電力で発光効率の優れた発光素子を提供できる。また、大型ディスプレイ用に好適な発光素子であることから、これで発光素子アレイを構成すれば良好な性能の表示装置を提供することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
本実施の形態は、管状体の内壁に多孔質発光体層を形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が強誘電体層で被覆されて前記管状体の内部に気体層とともに封入されてなる発光素子について、図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図８は発光素子単体の長手方向に直交する断面図である。図８において、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極、１０は強誘電体層及び１５はガラス支持部材である。
【００７９】
本実施の形態における発光素子の素子単体の長手方向に直交する断面を図８に示すように、実施の形態１で管状体５の内壁に強誘電体層１０を設ける代わりに、管状体５に封入されたＷ線、すなわちアドレス電極８の表面に強誘電体層１０を形成したこと以外は実施の形態１の発光素子１と同様のものである。管状体５の内壁に多孔質発光体層２を形成する方法は実施の形態１で記述した方法と同様にガラス支持部材１５を用いて、これに多孔質発光体層２を形成してから管状体５に挿入し、熱処理することによりガラス支持部材１５と管状体５を固着すればよい。
【００８０】
アドレス電極８に誘電体層１０を形成する方法は、実施の形態１で調製した強誘電体を含有するペーストにＷ線を浸漬してゆっくりと引き上げる。引き上げながら同時に赤外線ヒーターでペーストを速乾する。このような操作を複数回に亘って繰り返し、Ｗ線上に強誘電体層１０を形成する。
【００８１】
しかるのちに、大気中において４００〜６００℃で熱処理することにより、約１５０μｍの厚さの強誘電体層１０をＷ線の表面に形成した。
【００８２】
これを実施の形態１と同様に管状体５に挿入して、気体を導入するとともに管状体の両端を封じると図８の発光素子が作製できる。表示電極の配備は実施の形態１と同様に行う。また、このような管状体からなる発光素子を配列してアレイを構成すれば、既に図１で示したものと同様の発光素子アレイが得られる。
【００８３】
本実施の形態においては一対の表示電極に０．６０ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層を発光させて、その後０．４２ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。
【００８４】
また、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極に矩形波電圧を印加して発光の程度を増強させるには０．４４ｋＶの正電圧、逆に発光を停止するためには、−０．４７ｋＶの負電圧をそれぞれ印加することにより、実施の形態１とほぼ同様に素子の発光を調整することができた。
【００８５】
本実施の形態においてはアドレス電極が誘電体層で被覆されて管状体に封入されているので、実施の形態１の発光素子と同様に駆動電圧が低減でき、発光効率の優れた低消費電力の大型ディスプレイ用として好適な管状体発光素子が得られ、これらを配列して発光素子アレイを構成すれば表示装置に適用できる。
【００８６】
なお、一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【００８７】
また、本実施の形態の発光素子は減圧された希ガスのみならず、酸素、窒素、空気又はその混合物中でも印加電圧に差異はあるが、ほぼ同様の傾向で駆動させて発光することを確認した。
【００８８】
上述したように、本実施の形態においては誘電体層を用いていること、アドレス電極を管状体の内部に気体層とともに封入していることから比較的低電圧で高効率の発光が得られる発光素子と発光素子のアレイを提供することができる。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態は、管状体の内壁に誘電体層を形成し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が多孔質発光体層で被覆されて気体層とともに管状体の内部に封入されてなる発光素子について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図９は発光素子単体の長手方向に直交する断面図である。図９において、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極、１０は強誘電体層及び１５はガラス支持部材である。
【００９１】
本実施の形態における発光素子１は素子単体の長手方向に直交する断面を図９に示すように、実施の形態１で管状体の内壁に多孔質発光体層を設ける代わりに、管状体に封入されたＷ線からなるアドレス電極の表面に多孔質発光体層を形成したこと以外は実施の形態１の発光素子と同様のものである。本実施の形態の発光素子では管状体の内壁に強誘電体層を形成し、その際実施の形態１で記述した方法と同様にガラス支持部材１５を用いて、これに強誘電体層を形成してからガラス支持部材を管状体に導入し熱処理することによりガラス支持部材と管状体を固着すればよい。
【００９２】
アドレス電極に多孔質発光体層を形成するためには実施の形態１で調製したＭｇＯで被覆された蛍光体粒子を含有するペーストに１５０μｍ径のＷ線を浸漬してゆっくりと引き上げながら、同時に赤外線ヒーターでペーストを速乾させる操作を複数回に亘って繰り返すことによりＷ線上に多孔質発光体層を形成する。しかるのちに、窒素中において４００〜６００℃で熱処理することにより、約２５０μｍの厚さの多孔質発光体層２をＷ線の表面に形成した。これを管状体に挿入して、気体を導入するとともに管状体の両端を封じると図９の発光素子が作製できる。表示電極の配備は実施の形態１と同様に行った。また、このような管状体からなる発光素子を配列してアレイを構成すれば、既に図１で示したものと同様の外観の発光素子アレイが得られる。
【００９３】
本実施の形態においては一対の表示電極に０．６５ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層を発光させて、その後０．４５ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。
【００９４】
図９に示すように、本実施の形態の発光素子ではＷ線の表面に多孔質発光体層を形成したアドレス電極を管状体の内部に封入しているため、実施の形態１とほぼ同様に比較的低電圧で駆動し発光することが確認できた。
【００９５】
また、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極に矩形波電圧を印加して発光の程度を増強させるには０．４０ｋVの正電圧、逆に発光を停止するためには−０．４８ｋVの負電圧をそれぞれ印加することにより、実施の形態１とほぼ同様に行うことができた。既述したように、本実施の形態においてはアドレス電極が管状体に封入されているので駆動電圧が低減でき、発光効率に優れた低消費電力の大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子が得られ、これらを配列した発光素子アレイを構成して表示装置を作製することができる。
【００９６】
なお、一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【００９７】
上述のように、本実施の形態においては誘電体層を用いていること、アドレス電極を管状体の内部に気体層とともに封入していることで、比較的低電圧で高効率の発光が得られる発光素子と発光素子のアレイを提供することができる。
【００９８】
（実施の形態４）
本実施の形態は、管状体の内部に気体層を封入し、表示電極として一対の電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなるアドレス電極が誘電体層と多孔質発光体層によりこの順に被覆されて管状体の内部に前記気体層とともに封入されてなる発光素子について、図面を参照しながら説明する。
【００９９】
図１０は発光素子単体の長手方向に直交する断面図である。図１０において、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極及び１０は強誘電体層である。
【０１００】
本実施の形態における発光素子は素子単体の長手方向に直交する断面を図１０に示すように、実施の形態１で管状体の内壁に誘電体層１０と多孔質発光体層２を設ける代わりに、管状体５に封入したアドレス電極８として使用するＷ線の表面に誘電体層１０と多孔質発光体層２をこの順に形成したこと以外は実施の形態１の発光素子と同様のものである。Ｗ線に上記の２つの層を順に形成する方法は、先ず実施の形態２と同様の方法で強誘電体層１０を形成し、しかるのちに実施の形態３と同様の方法で多孔質発光体層２を形成する。最終的に、１５０μｍ径のＷ線の表面上に１５０μｍの厚さの強誘電体層１０、さらにその上に約２００μｍの多孔質発光体層２をそれぞれ形成したものを得た。
【０１０１】
これを実施の形態１と同様に管状体５に挿入して、気体を導入するとともに管状体の両端を封じると図１０の発光素子１が作製できる。表示電極６、７の配備は実施の形態１と同様に行う。また、このような管状体からなる発光素子１を配列してアレイを構成すれば、図１で既に示したものと同様の発光素子アレイ２１が得られる。
【０１０２】
本実施の形態においては一対の表示電極に０．５８ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層を発光させて、その後０．３９ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。
【０１０３】
また、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極に矩形波電圧を印加して発光の程度を増強させるには０．４０ｋＶの正電圧、逆に発光を停止するためには、−０．５０ｋＶの負電圧をそれぞれ印加することにより、実施の形態１とほぼ同様に行うことができた。
【０１０４】
なお、一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１０５】
また、本実施の形態の発光素子は減圧された希ガスのみならず、酸素、窒素、空気又はその混合物中でも印加電圧に差異はあるが、ほぼ同様の傾向で駆動させて発光することを確認した。
【０１０６】
上述のように、本実施の形態においては誘電体層を用いていること、アドレス電極を管状体の内部に気体層とともに封入していることで、比較的低電圧で高効率の発光が得られる発光素子と発光素子のアレイを提供することができる。また、このような発光素子アレイを用いた表示装置を提供できる。
【０１０７】
（実施の形態５）
本実施の形態は、管状体の内壁に誘電体層と多孔質発光体層をこの順に形成し、気体を前記管状体の内部に封入し、一対の表示電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、アドレス電極が前記管状体の長手方向に前記管状体の外壁に接して形成されるとともに前記表示電極に対向して配置されてなる発光素子について、図面を参照しながら説明する。
【０１０８】
図１１は本実施の形態における管状体からなる発光素子単体の長手方向に直交する断面図、図１２は本実施の形態における発光素子アレイの斜視図である。図１１〜１２において、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極、１０は強誘電体層、１５はガラス支持部材及び２１は発光素子アレイである。
【０１０９】
本実施の形態における発光素子１は素子単体の長手方向に直交する断面を図１１に示すように、実施の形態１でアドレス電極であるＷ線を管状体５に封入する代わりに、管状体５の外壁に接してアドレス電極８を形成したこと以外は実施の形態１の発光素子と同様のものである。その際、一対の表示電極６、７とアドレス電極８は管状体５の外壁にＩＴＯや導電性ペーストで形成してもよいが、実施の形態１で記述したように、発光素子１の複数を配列してアレイを構成して２枚の透光性基板１１で挟持する場合には、図１２に示すようにそれぞれの電極が予め形成された透光性基板１１を用いると好都合である。
【０１１０】
本実施の形態においては一対の表示電極に０．７５ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層２を発光させて、その後０．５３ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。本実施の形態ではアドレス電極が管状体の外壁に形成されていて管状体に封入されていないため、実施の形態１〜４の発光素子と比較すると、放電を誘発する点で劣るためやや高い電圧を印加する必要があった。
【０１１１】
また、図１１に示すように本実施の形態においては管状体の内壁に強誘電体層を具備しているが、比較のためにこれがない場合には表示電極に０．９１ｋＶの交番電界を印加して発光させ、その後０．６３ｋＶの電界を継続して印加することが必要であった。したがって、本実施の形態のように強誘電体層を管状体の内壁に形成すると駆動電圧を低減させることができる。
【０１１２】
また、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極に矩形波電圧を印加して発光の程度を増強させるには０．７０ｋＶの正電圧、逆に発光を停止するためには、−０．７０ｋＶの負電圧をそれぞれ印加することにより、実施の形態１とほぼ同様に行うことができたが、本実施の形態ではアドレス電極が管状体の外壁に形成されていて管状体に封入されていないため、実施の形態１の発光素子と比較すると、やや高い電圧を印加する必要があった。しかしながら、比較的発光効率に優れた低消費電力で大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子と発光素子アレイが作製できる。
【０１１３】
なお、一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１１４】
（実施の形態６）
本実施の形態は、管状体の内壁に多孔質発光体層を形成し、気体層を前記管状体の内部に封入し、一対の表示電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、アドレス電極が前記管状体の長手方向に前記管状体の外壁に接して前記表示電極に対向して形成され、前記アドレス電極が形成された箇所に誘電体層を当接させてなる発光素子について、図面を参照しながら説明する。
【０１１５】
図１３は本実施の形態における管状体からなる発光素子単体の長手方向に直交する断面図、図１４は本実施の形態における発光素子アレイの斜視図である。図１３〜１４において、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極、１０は強誘電体層、１５はガラス支持部材及び２１は発光素子アレイである。
【０１１６】
本実施の形態における発光素子は素子単体の長手方向に直交する断面を図１３に示すように、実施の形態５で強誘電体層を管状体の内壁に形成せずに、外壁に当接して配置したこと以外は実施の形態５の発光素子と同様のものである。その際、図示のように、強誘電体層は強誘電体からなる基板を機械加工して凹部を形成して、この凹部に管状体発光素子を嵌合させる。その際、アドレス電極を発光素子の長手方向に沿って管状体と強誘電体層の間に介在させる。したがって、アドレス電極は管状体又は誘電体層にＡｇペーストを塗布するか、又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属を蒸着して予め形成しておけばよい。
【０１１７】
本実施の形態においては背面基板と兼用の強誘電体基板に複数の発光素子を配列して、表示電極が形成された透光性基板を前面、つまり観察面に配置すると、図１４に示すような表示装置に適用される発光素子アレイが作製できる。
【０１１８】
本実施の形態においては一対の表示電極に０．８０ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層を発光させて、その後０．５７ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。
【０１１９】
また、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極に矩形波電圧を印加して発光の程度を増強させるには０．７５ｋＶの正電圧、逆に発光を停止するためには、−０．７５ｋＶの負電圧をそれぞれ印加することにより、実施の形態５とほぼ同様に行うことができた。上述のように本実施の形態ではアドレス電極と強誘電体層が管状体の外壁に形成されていて管状体に封入されていないため、実施の形態５の発光素子と比較するとやや高い電圧を印加する必要があったが、比較的発光効率に優れ低消費電力で大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子が作製できた。
【０１２０】
なお、一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１２１】
（実施の形態７）
本実施の形態は、管状体の内壁に多孔質発光体層を形成し、アドレス電極が前記管状体の長手方向に対して直交するように前記管状体の外壁に接して形成され、導線からなる一対の表示電極が誘電体層で被覆されて前記管状体の内部に気体層とともに封入されてなる発光素子について、図面を参照しながら説明する。
【０１２２】
図１５は本実施の形態における発光素子単体の長手方向に直交する断面図、図１６は本実施の形態における発光素子アレイの斜視図、及び図１７は本実施の形態における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図である。図１５〜１７において、１は発光素子、２は多孔質発光体層、５は管状体、６と７は表示電極、８はアドレス電極、１０は強誘電体層、１１は透光性基板、１５はガラス支持部材、１８は絶縁性繊維及び２１は発光素子アレイである。
【０１２３】
本実施の形態における発光素子１は素子単体の長手方向に直交する断面を図１５に示すように、一対の表示電極６、７として強誘電体層１０で被覆された２本のＷ線を管状体５の内部に導入して互いに接触しないようにして封入する。その際、観察面に接触しても差し支えない。観察面と反対側の管状体５の内壁に多孔質発光体層２を形成し、アドレス電極８は管状体５の外壁に接して、管状体５の長手方向に直交するように観察面と反対側に形成する。図１５は本実施の形態の発光素子単体をアドレス電極が予め形成された基板（図示せず）で支持した場合のようすを示している。
【０１２４】
管状体の内壁に多孔質発光体層を形成する方法及び表示電極としてＷ線に誘電体層を形成する方法はともに実施の形態２で記述した方法と同様に行う。
【０１２５】
また、上記のようにして得られた管状体からなる発光素子の複数を配列してアレイを構成すれば、図１６に示すように発光素子アレイが作製できる。
【０１２６】
本実施の形態の発光素子においては一対の表示電極に０．４９ｋＶの交番電界を印加して多孔質発光体層を発光させ、その後０．３５ｋＶの電界を継続して印加することにより、沿面放電による発光を維持させた。
【０１２７】
図１５に示すように、本実施の形態の発光素子では一対の表示電極を管状体の内部に封入しているため、かなり低い電圧の印加で発光素子を駆動させて発光することが確認できた。
【０１２８】
また、本実施の形態の発光素子ではアドレス電極に矩形波電圧を印加して発光の程度を増強させるには０．４９ｋＶの正電圧、逆に発光を停止するためには、−０．４９ｋＶの負電圧をそれぞれ印加することにより行うことができた。上述のように、本実施の形態においては表示電極対が管状体に封入されているので、駆動電圧が低減でき、発光効率の優れた低消費電力で大型ディスプレイ用に好適な管状体発光素子が得られ、これらの複数を配列して発光素子アレイを構成すれば発光特性の良好な表示装置を作製することができる。
【０１２９】
なお、一対の表示電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも０．１ｍＡ以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の５０〜８０％程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。
【０１３０】
また、本実施の形態の発光素子は減圧された希ガスのみならず、酸素、窒素、空気又はその混合物中でも印加電圧に差異はあるが、ほぼ同様の傾向で駆動させて発光することを確認した。
【０１３１】
なお、多孔質発光体層の形成に際して既述の蛍光体粒子にセラミック等の絶縁性繊維を混合させることも可能である。絶縁性繊維の一例として、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系の繊維を使用し、その直径は０．１〜３μｍ、長さは０．５〜１５μｍであることが好ましく、この範囲のサイズの繊維を蛍光体粒子２重量部、繊維１重量部の割合で混合して用いることにより気孔率が比較的大きくなり、その結果沿面放電が多孔質発光体層内部で満遍なく発生するようになり好ましいものとなる。このようにして得られた絶縁性繊維を含有する多孔質発光体層の断面を拡大した模式図を図１７に示す。図示のように表面が絶縁層４で被覆された蛍光体粒子３と絶縁性繊維１８からなる多孔質発光体層２である。
【０１３２】
絶縁性繊維としてＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系の繊維を選定した理由は、熱的、化学的に安定で抵抗率が１０9Ω・ｃｍ以上であること、多孔質発光体層において５０〜９０％の大きな気孔率が容易に得られること、及び繊維の表面で放電が発生し易く結果的に多孔質発光体層全体で沿面放電の発生が可能になることからである。なお、上記の絶縁性繊維以外にＳｉＣ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4系のものを含有する絶縁性繊維を用いてもほぼ同様の結果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は管状体を用いる発光素子であり、各種サイズの均質な管状体発光素子の作製に有用である。また、本発明は多孔質発光体層への電子の注入による沿面放電による発光であり、発光効率の優れた発光が得られるために、一般のディスプレイ用の発光体として有用である。さらに、本発明は管状体発光素子であり、これの複数を配列すれば発光素子アレイを構成でき表示装置の作製に有用である。また、発光効率が良好で消費電力も少ないことから大型ディスプレイの作製にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施の形態１における発光素子アレイの分解斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１における発光素子の断面図。
【図３】本発明の実施の形態１における発光素子の製造に用いるガラス支持部材。
【図４】本発明の実施の形態１における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図。
【図５】本発明の実施の形態１におけるアドレス電極に印加される電圧を示す図。
【図６】本発明の実施の形態１におけるアドレス電極に正電圧が印加されたときの一次電子の経路を示す模式図。
【図７】本発明の実施の形態１におけるアドレス電極に負電圧が印加されたときの一次電子の経路を示す模式図。
【図８】本発明の実施の形態２における発光素子の断面図。
【図９】本発明の実施の形態３における発光素子の断面図。
【図１０】本発明の実施の形態４における発光素子の断面図。
【図１１】本発明の実施の形態５における発光素子の断面図。
【図１２】本発明の実施の形態５における発光素子アレイの分解斜視図。
【図１３】本発明の実施の形態６における発光素子の断面図。
【図１４】本発明の実施の形態６における発光素子アレイの分解斜視図。
【図１５】本発明の実施の形態７における発光素子の断面図。
【図１６】本発明の実施の形態７における発光素子アレイの分解斜視図。
【図１７】本発明の実施の形態７における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図。
【図１８】特許文献１における従来例の発光素子の断面図。
【図１９】特許文献２における従来例の発光素子の断面図。
【図２０】特許文献３における従来例の発光素子の断面図。
【符号の説明】
【０１３５】
１  発光素子
２  多孔質発光体層
３  蛍光体粒子
４  絶縁層
５  管状体
６，７  表示電極
８  アドレス電極
１０  強誘電体層
１１  透光性基板
１５  ガラス支持部材
１８  絶縁性繊維
２１  発光素子アレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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